馮莉琴

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[摘要]酶對環(huán)境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出活性，超過這個范圍，酶就失活了。即使在這個有限的pH范圍內(nèi)，酶的活性也會隨著環(huán)境中的pH的變動而有所不同，在某一pH值下酶的活性最強。最適的pH范圍可能很窄，也可能較寬，這取決于不同酶的特性。本課題選擇研究pH對過氧化氫酶活性的影響，不斷改進實驗方案，探索最佳實驗裝置，獲得較為理想的實驗結(jié)果。

[關(guān)鍵詞]過氧化氫酶實驗pH范圍

[中圖分類號]G633.91[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2015）110124

一、課題的提出

探究“pH對過氧化氫酶的影響”活動安排在浙科版生物教材必修1《分析與細胞》第三章第三節(jié)《酶》中，這是新課改后增設(shè)的活動內(nèi)容之一。生物科學(xué)研究的兩大重要方法就是觀察和實驗，新課程也尤其重視實驗活動的教學(xué)。《浙江省普通高中新課程實驗生物學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見》中也明確指出：通過實驗，培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計、獨立操作和分析實驗數(shù)據(jù)的能力，使學(xué)生認識生物科學(xué)的價值，養(yǎng)成勇于實踐的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。而本實驗的要求較高，連貫性較強，還涉及實驗現(xiàn)象觀察，數(shù)據(jù)的收集、處理，結(jié)果分析和結(jié)論的得出。但按照教材中的方法步驟開展，以及教材中的裝置圖的理解和連接又存在一定的難度，故有必要對本實驗的設(shè)計加以改進。學(xué)生通過對實驗設(shè)計的修正及研究更合理的實驗裝置，得出了更科學(xué)的實驗結(jié)論。

二、研究過程及成果

如何測定酶促反應(yīng)的速率，教材并沒有明確的指導(dǎo)，而對于實驗結(jié)果，我們也只能通過肉眼進行定性的觀察，從而推測酶促反應(yīng)速率的快慢，如檢測氣泡產(chǎn)生多還是少。能否對實驗結(jié)果進行更加精確的定量檢測呢？能否通過實驗找出過氧化氫酶的最適pH值？這是本實驗要解決的主要問題。

[實驗原理]

酶對環(huán)境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出活性，超過這個范圍，酶就失活了。即使在這個有限的pH范圍內(nèi)，酶的活性也會隨著環(huán)境中的pH的變動而有所不同，在某一pH值下酶的活性最強。最適的pH范圍可能很窄，也可能較寬，這取決于不同酶的特性。

過氧化氫酶在動物的肝臟細胞和血細胞中濃度很高，因此可從鮮肝勻漿中提取過氧化氫酶溶液。

測定酶促反應(yīng)速率的方法有很多，如可以測定酶促反應(yīng)中單位時間內(nèi)反應(yīng)物的減少量，也可以測定單位時間內(nèi)生成物的生成量。但由于在過氧化氫酶催化過氧化氫分解的實驗中，反應(yīng)物（過氧化氫）一般都是過量的，而且過氧化氫的減少量也不好測定，所以在本實驗中可以通過測定生成物（氧氣）的生成量來表示酶促反應(yīng)速率的大小。

[實驗材料及器具]

實驗材料及試劑：3%的過氧化氫溶液、pH為5、6、7、8的緩沖液、過氧化氫酶溶液（過氧化氫酶溶液的制備：取動物的新鮮肝臟洗凈、研磨、過濾并稀釋，置于冰箱中備用）。

實驗器具：研缽、三角瓶、集氣瓶、分液漏斗、量筒、雙孔膠塞、導(dǎo)氣管若干、記號筆、吸管、鑷子、試管架等。

[實驗操作活動]

實驗嘗試一依照浙科版必修1《分子與細胞》課本中描述的步驟進行實驗。

在下表中記錄實驗結(jié)果。

【注意】所有的實驗都要嚴格保證不混淆，不應(yīng)該有上一次反應(yīng)后的剩余溶液，每次實驗完后，應(yīng)充分沖洗，然后用相應(yīng)的緩沖液再沖洗一遍。

本實驗由于裝置設(shè)置較為復(fù)雜及氣密性設(shè)置等問題使得氣體收集有難度，實驗誤差較大。

實驗嘗試二通過對實驗裝置進行合理的改進與設(shè)計，從而實現(xiàn)了對實驗結(jié)果的更細的定量定時測定，使實驗結(jié)果更加精確，更加嚴謹。同時也使我們的探究活動能夠更加科學(xué)、更加嚴謹，從而確定過氧化氫酶的最適pH值。

記錄實驗結(jié)果于下表中，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，推斷出過氧化氫酶的最適pH值。

量筒中水面刻度（氧氣的總生成量）（單位：mL）

實驗嘗試三由于該實驗原裝置中選擇三角瓶，組裝有難度，本課題小組改用更為簡單的實驗裝置來開展上述改進實驗。改進后的實驗裝置如圖1所示。

圖1探究pH影響過氧化氫酶活性的實驗裝置改進圖

依照上述裝置，選擇了醫(yī)用藥瓶與帶皮管的注射器進行連接，嘗試實驗。遺憾的是氣體無法收集。原因可能是針管太細，由于毛細張力的影響，限制了氣體的釋放，且如采用課本中將反應(yīng)小室橫放，并通過旋轉(zhuǎn)小室來實現(xiàn)反應(yīng)，又要注意實驗未開始時不能讓含過氧化氫酶的濾紙與過氧化氫溶液接觸，控制難度大。實驗宣告失敗。但也給我們課題組一種簡化實驗裝置的思路。經(jīng)進一步改造，重新嘗試。

實驗嘗試四在實驗嘗試三的基礎(chǔ)上再次嘗試改造實驗，實驗裝置設(shè)計如下。

圖2探究pH影響過氧化氫酶活性的實驗裝置再改進圖

方法步驟：

1.在如圖2所示的水槽中加水至滿為止。

2.用量筒量取5mLpH為5的緩沖液，倒入錐形瓶中。

3.用量筒向錐形瓶中加入新鮮的質(zhì)量分數(shù)為0.5%的豬肝研磨液，搖勻，并與排水法收集氣體的裝置相連接。

4.將100mL量筒橫放在水槽中并使之灌滿水；將量筒倒立，量筒口在水下，導(dǎo)氣管伸入量筒口內(nèi)，注意不要讓量筒內(nèi)產(chǎn)生氣泡。

5.用注射器向錐形瓶內(nèi)注入5mL體積分數(shù)為3%的過氧化氫溶液，同時開始計時，1min時，讀取量筒中氧氣的體積并記錄。

6.取干凈的錐形瓶，以相同的方法，分別得到在pH=6、pH=7、pH=8的環(huán)境中測定單位時間（1min）內(nèi)過氧化氫分解所釋放的氣體量，注意只是溶液的酸堿度（pH）不同，其他條件及操作均相同。

7.重復(fù)5次實驗，記錄各pH值環(huán)境中所測得的實驗數(shù)據(jù)并取平均值進行分析。

實驗得到了較為理想的結(jié)果，初步得出影響過氧化氫酶活性的最適pH值為7.0。

三、總結(jié)與思考

（一）本實驗的意義

在教材必修1《分子與細胞》第五章關(guān)于探究酶活性條件的實驗中定性地分析了溫度和pH對酶活性的影響，教材中提倡學(xué)生進行深入探究，即對酶的活性進行定量的分析。教材中并未給出具體的操作，也就是說對酶活性進行定量分析的實驗設(shè)計是未知的。鑒于此，設(shè)計了本實驗，旨在為學(xué)生進一步進行酶活性定量探究提供參考，為教師引導(dǎo)學(xué)生進行探究提供參考性。

（二）本實驗的設(shè)計理念

1.為過氧化氫酶創(chuàng)造不同酸堿度的環(huán)境。由于使用鹽酸和氫氧化鈉溶液創(chuàng)造的環(huán)境會隨著其他液體的加入，pH值的變化會較大，因此，在本實驗中采用緩沖液來提供不同pH值的環(huán)境。

2.用簡單易得的實驗器材完成實驗操作。由于過氧化氫在分解時釋放出氧氣，而氧氣的量可以作為一個衡量實驗速率的標準，且收集氧氣的設(shè)備比較簡單，因此，在本實驗中選擇了過氧化氫酶作溶液為實驗材料。

3.對酶活性進行定量分析，即要保證實驗裝置的氣密性。由于在加液體的過程中可能會導(dǎo)致氣體的逸出，為了避免收集到的氣體逸出，在本實驗中做了兩個調(diào)整：通過稀釋酶濃度來降低反應(yīng)速率和用注射器注入的方式加入，效果較好。

（三）本實驗中的注意事項

1.在加酶前一定要搖勻，以保證所加酶的濃度相同。

2.在用注射器注入過氧化氫時一定要將針頭插進膠塞內(nèi)，以防氣體逸出。

3.在推注射器活塞時，各組實驗中所用的時間要相同。

4.本實驗中的無關(guān)變量較多，因此要多次重復(fù)實驗，并對多次實驗所獲得的數(shù)據(jù)求平均值。

（責(zé)任編輯黃春香）